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Shp格式与GeoJSON的转换实践

在现代GIS（地理信息系统）应用中，数据格式的选择往往是技术方案的关键环节。ArcGIS中的Shp格式虽然在处理矢量数据时具有优势，但在进行基于网页的空间数据可视化时，GeoJSON格式的应用却更加普遍。JSON（JavaScript Object Notation）作为一种轻量级、易于解析的数据格式，不仅在Web应用中表现优异，而且通过其结构化特性，为GIS数据的标准化存储和传输提供了新的可能性。而GeoJSON则是对这一趋势的进一步延伸，是一种在JSON格式基础上专门针对GIS矢量数据的规范化表达方式。本文将从GeoJSON的语法规则出发，结合Python编程实践，详细介绍如何将Shp格式转换为GeoJSON格式。

GeoJSON格式概述

GeoJSON本质上仍然是JSON格式，但其结构具有特定的 GIS 应用需求。一个完整的 GeoJSON 文件结构如下：

{  "type": "FeatureCollection",  "features": []}

从整体结构来看，GeoJSON 文件的最外层是一个字典，type字段指定了数据类型为FeatureCollection，而features字段则是一个空列表，用于存储所有矢量要素。每个要素都是一个字典，包含以下几个关键字段：

GeoJSON 矢量要素的具体格式

根据 GeoJSON 的规范，矢量要素的几何信息可以分为以下几种类型：

1. 点要素（Point）

点要素的几何信息格式如下：

{  "type": "Feature",  "properties": {    "value1": "属性值1",    "value2": "属性值2"  },  "geometry": {    "type": "Point",    "coordinates": [经度, 纬度]  }}

• coordinates：是一个包含两个元素的列表，分别表示经度和纬度。
• geometry.type：指定要素类型为 Point。

2. 多点要素（MultiPoint）

多点要素的几何信息格式如下：

{  "type": "Feature",  "properties": {    "value1": "属性值1",    "value2": "属性值2"  },  "geometry": {    "type": "MultiPoint",    "coordinates": [      [经度1, 纬度1],      [经度2, 纬度2]    ]  }}

• coordinates：是一个二维列表，表示多个点的经纬度信息。
• geometry.type：指定要素类型为 MultiPoint。

3. 线要素（LineString）

线要素的几何信息格式如下：

{  "type": "Feature",  "properties": {    "value1": "属性值1",    "value2": "属性值2"  },  "geometry": {    "type": "LineString",    "coordinates": [      [经度1, 纬度1],      [经度2, 纬度2],      [经度3, 纬度3],      [经度4, 纬度4]    ]  }}

• coordinates：是一个三维列表，表示线要素的折点经纬度信息。
• geometry.type：指定要素类型为 LineString。

4. 多线要素（MultiLineString）

多线要素的几何信息格式如下：

{  "type": "Feature",  "properties": {    "value1": "属性值1",    "value2": "属性值2"  },  "geometry": {    "type": "MultiLineString",    "coordinates": [    [      [经度1, 纬度1],      [经度2, 纬度2],      [经度3, 纬度3],      [经度4, 纬度4]    ],    [      [经度5, 纬度5],      [经度6, 纬度6]    ]  ]}

• coordinates：是一个四维列表，表示多条线的经纬度信息。
• geometry.type：指定要素类型为 MultiLineString。

5. 多边形要素（Polygon）

多边形要素的几何信息格式如下：

{  "type": "Feature",  "properties": {    "value1": "属性值1",    "value2": "属性值2"  },  "geometry": {    "type": "Polygon",    "coordinates": [      [        [经度1, 纬度1],        [经度2, 纬度2],        [经度3, 纬度3],        [经度4, 纬度4],        [经度1, 纬度1]      ]    ]  }}

• coordinates：是一个四维列表，表示多边形的顶点经纬度信息。
• geometry.type：指定要素类型为 Polygon。
• coordinates 的最后一个点需要与第一个点重合，以形成闭合多边形。

6. 多多边形要素（MultiPolygon）

多多边形要素的几何信息格式如下：

{  "type": "Feature",  "properties": {},  "geometry": {    "type": "MultiPolygon",    "coordinates": [    [      [经度1, 纬度1],      [经度2, 纬度2],      [经度3, 纬度3],      [经度4, 纬度4],      [经度1, 纬度1]    ],    [      [经度5, 纬度5],      [经度6, 纬度6],      [经度7, 纬度7],      [经度8, 纬度8],      [经度5, 纬度5]    ]  ]}

• coordinates：是一个五维列表，表示多个多边形的顶点经纬度信息。
• geometry.type：指定要素类型为 MultiPolygon。

Shp 转 GeoJSON 的实现

基于以上 GeoJSON 格式，我们可以编写一个 Python 函数来实现 Shp 格式到 GeoJSON 格式的转换。以下是转换函数的实现代码：

import shapefileimport jsonimport codecsdef Shp2JSON(filename, shp_encoding='utf-8', json_encoding='utf-8'):    '''将shp文件转换为GeoJSON文件'''    reader = shapefile.Reader(filename, encoding=shp_encoding)    fields = reader.fields[1:]  # 读取所有字段    field_names = [field[0] for field in fields]  # 获取字段名称列表    buffer = []    for sr in reader.shapeRecords():        record = sr.record        # 如果是字节类型则使用gb2312编码转换为字符串        record = [r.decode('gb2312', 'ignore') if isinstance(r, bytes) else r for r in record]        atr = dict(zip(field_names, record))        geom = sr.shape.__geo_interface__        buffer.append({            'type': 'Feature',            'properties': atr,            'geometry': geom        })    # 写出GeoJSON文件    geojson = codecs.open(filename + '-geo.json', 'w', encoding=json_encoding)    geojson.write(json.dumps({        'type': 'FeatureCollection',        'features': buffer    }) + '\n')    geojson.close()    print('转换成功！')

使用说明

import osimport shapefileimport jsonimport codecsdef Shp2JSON(filename, shp_encoding='utf-8', json_encoding='utf-8'):    '''将shp文件转换为GeoJSON文件'''    reader = shapefile.Reader(filename, encoding=shp_encoding)    fields = reader.fields[1:]    field_names = [field[0] for field in fields]    buffer = []    for sr in reader.shapeRecords():        record = sr.record        # 如果是字节类型则使用gb2312编码转换为字符串        record = [r.decode('gb2312', 'ignore') if isinstance(r, bytes) else r for r in record]        atr = dict(zip(field_names, record))        geom = sr.shape.__geo_interface__        buffer.append({            'type': 'Feature',            'properties': atr,            'geometry': geom        })    # 写出GeoJSON文件    geojson = codecs.open(filename + '-geo.json', 'w', encoding=json_encoding)    geojson.write(json.dumps({        'type': 'FeatureCollection',        'features': buffer    }) + '\n')    geojson.close()    print('转换成功！')if __name__ == '__main__':    os.chdir(r'C:\Users\hp\Desktop\飞线图素材')    Shp2JSON(filename='bou2_4p.shp',             shp_encoding='gbk',             json_encoding='utf-8')

测试与验证

运行上述代码后，会在当前目录下生成 bou2_4p.shp-geo.json 文件。为了验证转换结果是否正确，可以使用在线 GeoJSON 解析工具（如 geojson.io）或 GIS 软件（如 QGIS）来查看转换后的数据是否与原始 Shp 文件一致。

此外，转换后的 GeoJSON 文件可直接导入到 WebGIS 平台（如 Kepler.gl）中进行可视化，实现空间数据的在线展示。

总结

通过以上方法，我们可以将 ArcGIS 中的 Shp 格式数据转换为 GeoJSON 格式，充分发挥两种格式的优势。在实际应用中，可以根据具体需求选择适合的 GIS 数据格式，从而实现高效的空间数据处理与可视化。

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